李宏遠(yuǎn)

摘要： 隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，從業(yè)人員增加，建筑安全事故頻發(fā)發(fā)生。BIM技術(shù)的發(fā)展及在建筑領(lǐng)域全生命周期的廣泛應(yīng)用，有利于提高施工管理水平，改善安全事故頻發(fā)的現(xiàn)象。文章通過分析國內(nèi)建筑工程安全事故發(fā)生情況以及當(dāng)前安全管理現(xiàn)狀，構(gòu)建了集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，并對其在建筑工程施工階段的管理應(yīng)用進(jìn)行了說明介紹。

Abstract： With the vigorous development of construction industry in our country， the number of employees increases and accidents of building safety occur frequently. The development of BIM technology and the wide application of its life cycle in the construction field help to improve the construction management level and improve the frequent accidents. By analyzing the occurrence of safety accident in domestic construction projects and the current status of safety management， the article constructs a safety management application technology framework integrated with BIM， and introduces its management and application in the construction phase of construction engineering.

關(guān)鍵詞： BIM；建筑工程；安全管理

Key words： BIM；construction engineering；safety management

中圖分類號：TU17；TU714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0001-04

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑業(yè)已逐步發(fā)展成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在推動國民經(jīng)濟增長過程中起著至關(guān)重要的作用。建筑業(yè)作為重要的國民經(jīng)濟生產(chǎn)部門，其最大特點是高流動性，生產(chǎn)工藝過程、作業(yè)場地不斷變化，就地雇工，使其成為具有高風(fēng)險性與意外傾向性行業(yè)[1]。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)速度越來越快，建筑業(yè)的建設(shè)規(guī)模正在逐步擴大，建筑領(lǐng)域從業(yè)人數(shù)也將會持續(xù)增加。建筑業(yè)的一系列特點使其成為一個高風(fēng)險和事故頻發(fā)的行業(yè)，建筑安全問題已經(jīng)成為現(xiàn)在以及未來全世界范圍內(nèi)建筑業(yè)最為關(guān)心的問題[2]。

科技在發(fā)展，時代在進(jìn)步，建筑領(lǐng)域安全管理也需要采用新技術(shù)，新管理方法。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)目前已應(yīng)用于建筑全生命周期，從前期方案決策、設(shè)計到建筑施工管理，再到后期運營管理全過程中，BIM信息可以從一而終。在建筑設(shè)計、施工、運營維護(hù)全過程的整個或者某個階段中，應(yīng)用3D和4D信息技術(shù)，進(jìn)行協(xié)同建筑設(shè)計、建筑施工、虛擬仿真分析、工程量計算、造價工程管理、設(shè)施運營維護(hù)的技術(shù)和管控手段[3]。近年來，BIM技術(shù)越來越成熟，在國內(nèi)應(yīng)用越來越多，在各個領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益，同時，BIM技術(shù)也給建筑領(lǐng)域提供了新的機遇，在未來的工程建設(shè)中，BIM技術(shù)將會被大規(guī)模使用。

1 建筑工程安全管理現(xiàn)狀

1.1 2016年國內(nèi)建筑工程安全事故情況

建筑業(yè)是一個安全事故高發(fā)行業(yè)，每年均有數(shù)百起安全事故發(fā)生。截止至2016年全國共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故634起、死亡735人，比去年同期事故起數(shù)增加192起、死亡人數(shù)增加181人，如圖1、圖2所示，同比分別上升43.44%和32.67%[4]。以上數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)建筑安全事故頻發(fā)，每起安全事故均會產(chǎn)生不同程度的經(jīng)濟財產(chǎn)損失，甚至產(chǎn)生人員傷亡。每年國內(nèi)建筑安全事故中都會造成上千人死亡，且安全事故發(fā)生幾率沒有得到有效改善，可見安全問題的嚴(yán)重性。

建筑業(yè)安全事故產(chǎn)生原因很多，最常見的有高空墜落、觸電傷害、物體打擊、機械傷害等。截止至2016年房屋市政工程生產(chǎn)安全事故按照類型劃分，高處墜落事故333起，占總數(shù)的52.52%；物體打擊事故97起，占總數(shù)的15.30%；起重傷害事故56起，占總數(shù)的8.83%；坍塌事故67起，占總數(shù)的10.57%；機械傷害、觸電、車輛傷害等其他事故81起，占總數(shù)的17.78%[4]，如圖3所示。

1.2 國內(nèi)安全管理現(xiàn)狀

隨著施工技術(shù)水平的提高，建筑安全問題正在逐步改善，但安全管理問題仍有很大提升空間。近年來，建筑業(yè)無論是建設(shè)規(guī)模還是發(fā)展速度都取得了明顯的進(jìn)步，對國民經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大的推進(jìn)作用，但同時建筑工程施工安全管理問題也越來越突出[5]。建筑工程中的安全管理目標(biāo)是整個項目實現(xiàn)的最重要目標(biāo)，建筑施工安全管理不僅關(guān)系到施工人員的人身財產(chǎn)安全，還關(guān)系到施工企業(yè)的榮譽及經(jīng)濟效益，也關(guān)系到建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)而影響國民經(jīng)濟的發(fā)展。

目前，國內(nèi)安全管理存在問題較多，主要分為以下幾個方面[6]：

①當(dāng)前建筑工程仍然沿用舊有管理制度，大多工程項目中未全面采用現(xiàn)代信息化管理技術(shù)；

②部分建筑施工企業(yè)及項目管理人員對施工現(xiàn)場安全管理重視程度不夠高，安全教育及交底不到位；

③很多工程項目中所使用的安全管理手段比較落后，需要研究國內(nèi)外先進(jìn)的安全管理方式，同時結(jié)合國內(nèi)市場行情，積極推行先進(jìn)的管理方法和技術(shù)工具；

④市場監(jiān)管力度不夠，部分施工工地監(jiān)理制度等同虛設(shè)，沒有能夠充分發(fā)揮監(jiān)理的監(jiān)督作用。

2 基于BIM技術(shù)的安全管理

安全管理一直是建筑工程實施階段的重中之重，從設(shè)計到施工，每一項新技術(shù)、新管理措施的應(yīng)用，都為安全管理做了鋪墊。建立一套良好的安全管理體系，在施工過程中貫徹實施，可以從根本上減少安全事故的發(fā)生，將安全隱患消滅于萌芽，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

應(yīng)用BIM相關(guān)軟件構(gòu)建的模型中包含了待建建筑物的所有構(gòu)件及施工方案信息，建筑物中的所有相關(guān)信息集成了一個相對靜態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為施工過程中潛在的危險因素及危險源識別提供了全面且詳盡的信息平臺。各階段施工方案與施工進(jìn)度計劃相互配合構(gòu)成了相對動態(tài)的基礎(chǔ)信息庫，通過對各階段施工過程進(jìn)行模擬、場地布置以及碰撞檢查，可以施工過程中潛在的危險區(qū)域，施工空間、機具間的沖突等安全隱患，提前采取相應(yīng)措施，排除安全隱患，保障施工過程中的人員和財產(chǎn)安全，減少安全事故產(chǎn)生的幾率。

2.1 集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)

集成BIM的安全管理，需要考慮組織、過程、信息和系統(tǒng)四要素以及它們之間的關(guān)系，結(jié)合BIM建模過程，從數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用層三方面形成安全管理技術(shù)架構(gòu)，如圖4所示，保證信息有效傳遞，避免信息斷層、信息割裂的現(xiàn)象出現(xiàn)。建筑信息具有異構(gòu)、離散、海量、復(fù)雜、專業(yè)和文檔化等特征性[7]，基于BIM技術(shù)組件建筑工程安全管理架構(gòu)體系，可以保證信息無損傳遞，更好地將建筑相關(guān)信息應(yīng)用于安全管理中，保證施工現(xiàn)場安全管理有序進(jìn)行。

2.1.1 數(shù)據(jù)層

施工階段的工程數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)化的BIM數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化的文檔數(shù)據(jù)以及用于表達(dá)工程數(shù)據(jù)創(chuàng)建的組織和過程信息。將BIM數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，如IFC格式，形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫；合同、招標(biāo)文件等文件以文檔形式進(jìn)行儲存，形成文本數(shù)據(jù)庫，存儲于文檔管理系統(tǒng)中；施工過程中的組織及信息數(shù)據(jù)存儲于相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)數(shù)據(jù)集成交互，存儲于工程管理平臺，各專業(yè)間進(jìn)行分享，提取出數(shù)據(jù)庫中的安全信息，對相關(guān)信息進(jìn)行分析，提前做好防范工作。

2.1.2 模型層

通過BIM數(shù)據(jù)集成平臺，形成安全信息模型，根據(jù)不同需求，可以根據(jù)應(yīng)用需求生成相應(yīng)的安全信息子模型，如臨邊、洞口識別模型，腳手架安全模型，機械設(shè)備安全輻射模型等。根據(jù)施工需要，向應(yīng)用層各施工管理專業(yè)軟件提供模型和數(shù)據(jù)支持，更好地將模型應(yīng)用于施工安全管理。

2.1.3 應(yīng)用層

結(jié)合工程管理云平臺，將BIM模型連同生產(chǎn)的相關(guān)子模型，以及相關(guān)施工數(shù)據(jù)上傳到云平臺，組成基于BIM的建筑工程安全管理系統(tǒng)，進(jìn)行施工安全與沖突分析，便于管理人員實時掌握施工現(xiàn)場情況，排查安全隱患，如臨邊洞口是否有工人逗留，機械覆蓋區(qū)域是否存在交叉作業(yè)等。通過基于BIM的安全管理系統(tǒng)，結(jié)合其它施工管理系統(tǒng)，可以更好地對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測管理，利用信息化管理平臺，掌握施工現(xiàn)場安全動態(tài)以及施工人員施工行進(jìn)路線，及時消除安全隱患，提供安全保障措施，當(dāng)工人接近危險源時提醒其遠(yuǎn)離，確保施工現(xiàn)場安全狀態(tài)。

2.2 BIM技術(shù)在施工安全管理中的應(yīng)用

2.2.1 危險源識別及危險區(qū)域劃分

工程施工前，建立以BIM模型為基礎(chǔ)的危險源識別體系，根據(jù)《重大危險源辨識標(biāo)準(zhǔn)》要求，找出所有潛在危險源，如臨邊防護(hù)、洞口、安全通道等，并在工程項目模型信息中予以標(biāo)注，在建模過程中用不同的警示顏色表示不同危險源的危險程度。通過建立危險源識別體系，可以非常清晰有效地識別施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的危險因素。

在施工模擬過程中，根據(jù)危險源體系識別結(jié)果，可以將所有危險源按照事故發(fā)生幾率和事故產(chǎn)生損失量劃分為4個安全事故發(fā)生風(fēng)險區(qū)，并采用紅、橙、黃、綠4種顏色予以標(biāo)注，根據(jù)危險程度指導(dǎo)施工。如起重機吊臂下方及吊臂覆蓋區(qū)域標(biāo)記為紅色，起重機運作期間吊臂下方禁止站人，吊臂覆蓋區(qū)域內(nèi)施工工序暫停施工。建模及危險源標(biāo)注完成后，尤其是重大危險源，需在施工現(xiàn)場標(biāo)識牌處張貼公示，讓所有施工參建人員了解到整個施工現(xiàn)場哪些部位存在危險以及危險性大小。

2.2.2 安全交底及施工現(xiàn)場安全信息化管理

傳統(tǒng)安全交底模式，只是安全負(fù)責(zé)人對工人簡要說明，可視化程度低，工人接受程度不高，一些危險地段施工應(yīng)該注意的地方亦做口頭說明，工人無法切實感受到施工現(xiàn)場的危險性，也無法直觀地感受危險源的存在，施工現(xiàn)場的安全隱患無法在工人腦中形成深刻印象。結(jié)合BIM技術(shù)，將施工現(xiàn)場中容易發(fā)生危險的部位進(jìn)行標(biāo)識，將BIM模型導(dǎo)入VR設(shè)備中，使用VR設(shè)備對工人進(jìn)行交底，讓工人對施工現(xiàn)場所發(fā)生的安全事故有一種身臨其境的感覺，可以切身感受到施工現(xiàn)場危險源的存在。通過BIM結(jié)合VR技術(shù)對工人進(jìn)行交底，工人便可更好地對危險源進(jìn)行識別，將安全隱患存在點及其危險程度深植腦中，施工時遠(yuǎn)離或接近危險源時提高警惕。通過VR模擬安全事故發(fā)生的場景，可以讓工人更清楚地了解到身邊的危險，以便了解危險發(fā)生時如何應(yīng)對以及如何進(jìn)行應(yīng)急處理，保證自身安全。

現(xiàn)場的BIM工作團(tuán)隊將工程危險源在模型上進(jìn)行標(biāo)記，安全員在現(xiàn)場指導(dǎo)施工時，可以查看模型上對應(yīng)的現(xiàn)場位置，查看施工時應(yīng)注意的問題，對現(xiàn)場的施工人員操作不合理的地方進(jìn)行調(diào)整，避免安全事故的發(fā)生。安全管理人員現(xiàn)場巡視時將現(xiàn)場圖片實時上傳到安全管理平臺系統(tǒng)服務(wù)器中，掛接在模型上和現(xiàn)場對應(yīng)的位置，讓項目管理人員能夠不親臨現(xiàn)場就能實時把握現(xiàn)場施工進(jìn)度及安全情況，查看現(xiàn)場的安全措施是否到位[8]。

2.2.3 現(xiàn)場平面管理及施工空間沖突管理

建筑工程施工現(xiàn)場尤其是城市內(nèi)新建工程，施工場地狹小，現(xiàn)場施工難度大，大型機械設(shè)備不易施展。施工空間隨著工程的進(jìn)展不斷變化，會影響工人的工作效率和施工安全，多個工作面交叉施工會帶來各項安全隱患，提高安全事故發(fā)生的幾率。

利用BIM模型、信息數(shù)據(jù)庫以及管理平臺，對現(xiàn)場作業(yè)平面進(jìn)行分析，包括平面尺寸、構(gòu)件布置、施工線路分析、各類施工材料堆放、機械布置、臨水臨電、臨時出入口等進(jìn)行分析，通過可視化模擬工作人員的施工狀況，可以形象的看到施工工作面、施工機械、施工材料、構(gòu)配件等的布置情況，評估施工進(jìn)展中這些工作空間的可用性、安全性，可以提高大大施工效率，降低施工安全風(fēng)險。

通過BIM模型的碰撞檢查及施工模擬，能夠很好地分析出施工現(xiàn)場安全事故可能發(fā)生幾率和事故發(fā)生時的嚴(yán)重程度，結(jié)合項目自身需求和動態(tài)實時調(diào)整施工計劃，按照不同專業(yè)對施工現(xiàn)場空間、機械設(shè)施和施工人員的需求，進(jìn)行平面部署和組織部署調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到最佳的空間立體規(guī)劃，最大可能地提高場地利用效率、降低安全隱患的發(fā)生[9]。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)在我國正處于蓬勃發(fā)展階段，許多大型、復(fù)雜建筑項目均將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑物全生命周期中。隨著BIM技術(shù)的成熟，未來會有越來越多的工程項目使用BIM技術(shù)，將安全管理與BIM技術(shù)相結(jié)合，可以有效控制安全事故的發(fā)生，減少安全事故發(fā)生幾率。

本文構(gòu)建了集成BIM的安全管理應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，在建筑工程施工階段，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行危險源識別及危險區(qū)域劃分、安全交底及施工現(xiàn)場安全信息化管理、現(xiàn)場平面管理及施工空間沖突管理，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在施工中的優(yōu)勢，達(dá)到事前預(yù)防、事中控制和事后處理的全過程控制和管理。應(yīng)用BIM技術(shù)不僅提高了施工現(xiàn)場安全管理工作的效率，而且進(jìn)一步提高了工人對施工現(xiàn)場安全管理的理解和認(rèn)知，以及應(yīng)急處理能力，從而改善不良的施工現(xiàn)場管理現(xiàn)狀，提高安全管理水平。

當(dāng)前國內(nèi)BIM技術(shù)在實際工程中多用于碰撞檢查、虛擬施工等，以及驗證工程項目設(shè)計的可行性。未來對于BIM的安全管理研究，要理論聯(lián)系實際，將研究成果有效應(yīng)用于工程項目中，解決管理不足及溝通不暢等問題，實現(xiàn)項目集成化管理，有效減少安全事故的發(fā)生，保障人員及財產(chǎn)安全。

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